蒙古帝國可汗蒙哥於1259年在四川駕崩，享年52歲。其四弟忽必烈與七弟阿裏不哥開始爭奪汗位。1260年3月，阿裏不哥在宗王阿速臺等大多數蒙古正統派的支持下於蒙古帝國首都哈拉和林通過“忽裏勒臺”大會即大汗位。與此同時，忽必烈與南宋議和後返回開平（今內蒙古多倫），在中原儒臣及部分蒙古宗王的支持下集會自稱大汗。1260年4月，忽必烈設立中書省，總管國家政務。1260年5月，忽必烈頒布《即位詔》法令，並建元中統。由於忽必烈在中原漢地自行集會稱汗，並且推行漢法，明顯違背了蒙古傳統，引起了阿裏不哥和蒙古正統派的強烈不滿，忽必烈與阿裏不哥隨即展開了四年的汗位戰爭。直到1264年阿裏不哥兵敗投降，忽必烈定為壹尊，但他推行的“行漢法”主張卻造成許多蒙古貴族的不滿，拒絕歸附忽必烈汗國，結果導致其他幾個蒙古汗國紛紛敵對，忽必烈的政權遂只包括“中國”（並非完全今天意義上的中國）與蒙古高原地區，從此蒙古帝國不復存在。
至元八年（公元1271年），忽必烈公布《建國號詔》法令，取《易經》中“大哉乾元”之意，正式建國號為“元”。這是蒙古帝國政權由世界性大壹統帝國轉為中原王朝的分水嶺，蒙古政權之前對中原地區推行的是極具遊牧性質的掠奪式統治，中原地區僅是其屬地的壹部分，到忽必烈時才轉型為以中國為主要占領地的王朝，且在這之前“元”之名尚未出現，故“大元”的建立應由此算起。
至元九年（公元1272年），在劉秉忠規劃下，建都於中原的大都（今北京市）。至元十三年（公元1276年），元軍攻陷南宋都城臨安（今浙江省杭州市），俘虜6歲的宋恭帝及謝太皇太後。至元十六年（公元1279年），元軍在崖山海戰消滅了南宋最後的抵抗，陸秀夫背著9歲的小皇帝趙昺投海而死，中國（南宋）滅亡。
之後，元軍曾進攻過周邊壹些地區，如越南和日本等，其中以試圖征服日本的戰爭最為著名，通常認為臺風（日本人稱之為“神風”）是造成元軍失敗的最大原因。然而，最新的科學發現卻否定了這個原因。近期發表在英國《新科學家》周刊的壹項考古新發現指出：為忽必烈建造戰艦的高麗人有意建造和設計質量極其低劣的船只是導致忽必烈的蒙古艦隊葬身魚腹的主要原因。